VITA

VITA

(XXXV, p. 458; App. IV, III, p. 840)

Origine della vita. - Dagli studi effettuati negli ultimi anni, per quanto riguarda i tempi entro cui le prime forme di v. sono apparse e si sono affermate sul nostro pianeta possiamo fornire le seguenti indicazioni riassuntive.

A 4,5 miliardi di anni fa è datata la formazione del nostro pianeta e della Luna; successivamente, da 4,5 a 3,8 miliardi di anni fa, vi sono stati intensi bombardamenti della Terra da parte di meteoriti, con ripetute eliminazioni delle prime forme di v., prima che qualcuna di esse avesse avuto la possibilità di diffondersi e sopravvivere. Tra i 4,4 e 3,8 miliardi di anni fa compaiono le prime forme di v. sul nostro pianeta: in alcune rocce sedimentarie di Greenland (Australia), dell'età di circa 3,8 miliardi di anni, sono stati rinvenuti fossili che testimoniano la presenza delle prime forme di v. (alghe blu-verdi, del tipo cianoficee). In altre rocce di circa 3,5 miliardi di anni di età vengono rinvenuti altri fossili, quasi identici a quelli osservati nelle rocce australiane; poi, intorno ai 3 miliardi di anni fa, si pensa si siano sviluppati i primi organismi in grado di condurre processi fotosintetici e di sviluppare ossigeno nell'atmosfera. Verso i 2 miliardi di anni fa si sviluppa un'atmosfera ricca di ossigeno capace di sostenere i primi organismi a metabolismo respiratorio, e nell'arco di tempo che va da 2 a 1,5 miliardi di anni fa si sono sviluppati i primi organismi unicellulari provvisti di nucleo.

Se questi sono i tempi approssimativi più recentemente definiti entro cui si è originata la v. e si sono differenziati i primi organismi unicellulari, vengono qui di seguito riportate le ultime teorie e osservazioni relative all'affascinante argomento dell'origine della vita. Dal brodo di Darwin, ai coacervati di Oparin, ai proteinoidi di Fox, alle teorie sull'evoluzione cellulare dagli archeobatteri agli eucarioti di Margoulis, in questi ultimi anni si sono aggiunte nuove ipotesi. Il progredire delle tecnologie e delle conoscenze ha permesso non soltanto di formulare nuove teorie, ma anche di compiere numerose osservazioni sperimentali che hanno dato nuovo vigore e interesse agli studi di questo problema. Se Arrhenius aveva postulato sin dal 1900 che la v. fosse arrivata sul nostro pianeta dagli spazi extraterrestri, le osservazioni sul contenuto di asteroidi giunti recentemente dallo spazio ha riaperto la questione. Tracce di sostanze organiche e di organismi semplicissimi, rinvenuti in frammenti di meteoriti o di asteroidi, farebbero pensare che realmente le prime molecole organiche e i primi microorganismi siano giunti a colonizzare la terra da altri pianeti. Rimane comunque sempre aperto il problema di come queste molecole e questi microorganismi si siano originati su altri pianeti e di come siano riusciti ad attraversare lo spazio e a giungere indenni sino alla Terra. Inoltre sono ancora accese le polemiche sulla possibilità che si tratti di contaminazioni, verificatesi al momento dell'impatto, con materiali e microorganismi presenti sul nostro pianeta o nella sua atmosfera.

Analisi condotte mediante sonde spaziali e spettrofotometri sul nucleo della cometa di Halley hanno dimostrato la presenza di polimeri di formaldeide e di poliossimetano (HCO). Gli studi più recenti effettuati utilizzando la sonda Giotto hanno rivelato che nel nucleo della cometa sono presenti particelle silicatosimili, insieme a granuli inorganici di composizione condritica, più elementi biogeni quali carbonio, ossigeno, idrogeno e azoto, sia separati che uniti ad altri elementi inorganici. Anche ammettendo che questi composti ed elementi possano essere pervenuti sul nostro pianeta in quantità tali da costituire le basi chimiche per l'evoluzione biotica, rimane il fatto che ancora non esiste una teoria unificante, a parte la selezione naturale di eventi casuali, che spieghi l'evoluzione di composti organici in organismi capaci di metabolizzare e riprodursi.

Su questo argomento negli ultimi anni si sono accumulate nuove ipotesi insieme a interessanti osservazioni sperimentali. Studi di cosmologia fanno ritenere che le prime forme di v. sulla terra si sarebbero dovute confrontare con intense piogge di asteroidi − a vari intervalli di tempo e di durata media dai 3 ai 6 milioni di anni − che ne avrebbero distrutto strutture e funzioni. Questi dati implicherebbero che la v. dev'essersi originata sul nostro pianeta numerose volte (e comunque più di una volta), in maniera da ovviare alle ripetute distruzioni operate dalla caduta degli asteroidi.

Un'altra recente ipotesi è che la v. si sia originata negli abissi marini con una particolare e peculiare localizzazione: a contatto di sorgenti idrotermali formate da afflussi di acqua caldissima (con temperature intorno ai 100°C), provenienti dal contatto con gli strati sottostanti ancora fluidi. Le alte temperature avrebbero contribuito a fornire l'energia necessaria per la polimerizzazione delle molecole organiche e per lo svolgersi delle prime reazioni metaboliche. Tuttavia, dopo la scoperta di organismi primitivi − vermi tubicoli giganti (pogonofori) e crostacei ciechi − viventi presso queste sorgenti di acqua nelle profondità del mare, rimane l'interrogativo se questi siano i discendenti di organismi che hanno avuto origine in quegli ambienti, o siano piuttosto organismi che si sono rifugiati secondariamente in questi ambienti che presentano caratteristiche ambientali ottimali per la loro sopravvivenza. Rimane comunque aperto il problema di come si sia passati dai primi composti organici molto semplici, che si sarebbero venuti originando per combinazione casuale di composti inorganici, alle proteine funzionali e al sistema informativo a base di acidi nucleici, che ne garantisce sintesi, riproduzione e conservazione di funzioni.

Oggi si ritiene che i catalizzatori primitivi dei primi composti organici siano stati o le argille o gli ammassi di pirite. I cristalli di argilla sarebbero stati responsabili della catalisi di reazioni che avrebbero portato alla formazione di molecole di RNA. Secondo alcuni, degli ipotetici crystal genes, assetti molecolari regolari all'interno dell'argilla, avrebbero avuto la funzione di comportarsi da precursori dell'RNA. Secondo altri, una colonia di molecole potrebbe essersi attaccata alla superficie di cristalli di pirite per costituire centri di reazione per la produzione di energie simili a quelle sviluppate dai processi fotosintetici. Evolvendo, queste colonie si sarebbero incapsulate in membrane al cui interno si sarebbero poi formate molecole di DNA e di RNA.

Recentemente alcuni autori hanno rimesso in discussione anche l'ipotesi di Oparin-Miller, secondo cui i primi composti organici si sono originati a contatto di un'atmosfera riduttiva ricca di metano e ammoniaca: l'atmosfera terrestre primitiva sarebbe stata ricca di CO₂, e in presenza di questo gas è molto difficile pensare che si siano potuti sintetizzare composti organici. Più facile pertanto pensare che le prime molecole organiche siano giunte sul nostro pianeta dallo spazio, per l'impatto con frammenti di comete, meteoriti o asteroidi. La crescita e il differenziamento di queste relativamente minuscole quantità di composti organici si sarebbero determinati negli oceani primitivi terrestri, nelle spume superficiali, dove le ''bollicine'' avrebbero costituito la localizzazione ideale per le prime reazioni organiche.

Per altri studiosi, invece, molecole di tipo anfifilico, presenti negli oceani primordiali, con una parte affine all'acqua e un'altra invece idrorepellente, avrebbero avuto la proprietà di curvarsi su se stesse per costituire minisfere o vescicole, all'interno delle quali si sarebbero svolte le prime reazioni organiche.

Rimane ancor più dibattuto l'argomento di come si sia potuto passare da composti organici a forme di v. in grado di autoriprodursi. Le cellule che conosciamo, anche le più semplici e primitive, evolutivamente più antiche, come quelle degli Archeobatteri, contengono delle informazioni che si autoperpetuano nel DNA, e dell'RNA in grado di tradurre queste informazioni in proteine strutturali e funzionali. Si è sempre pensato che il DNA fosse stato il primo acido nucleico a comparire e che in seguito, mediante l'RNA, si fosse arrivati alla sintesi delle proteine. Il dogma centrale promulgato agli inizi dalla genetica molecolare era: DNA→RNA→proteina; era unidirezionale e non sembrava poter aver eccezioni. Tuttavia la scoperta della trascrittasi inversa a opera di H.M. Temin, agli inizi degli anni Settanta, ha modificato il dogma. Oggi sappiamo che, utilizzando la trascrittasi inversa, da molecole di RNA è possibile ottenere molecole di DNA (detto cDNA o DNA copia): questa possibilità riveste un particolare significato per gli studi sull'origine della v. in quanto di recente si sono notevolmente sviluppate le conoscenze sulla struttura e le funzioni dell'RNA, che, per essere un acido nucleico a un solo filamento e con proprietà enzimatiche, più facilmente può essere ipotizzato quale precursore, nel tempo, del DNA.

Lavori molto brillanti di questi ultimi anni hanno infatti dimostrato che partendo da molecole di RNA sintetico insieme a molecole di proteine artificiali è possibile innescare una replicazione ''non stop'' delle molecole immesse nella miscela. Si è potuto inoltre accertare che queste molecole di RNA sono fornite di proprietà autocatalitiche, e che si può partire da poche molecole di RNA per ottenere in provetta, in poco tempo, trilioni di diversi filamenti. Alcune di queste molecole, inoltre, hanno dimostrato la proprietà di poter formare filamenti complessi mediante l'unione di più filamenti semplici. Per poter considerare queste molecole autoduplicantisi qualcosa che abbia a che fare con l'origine di esseri viventi, bisogna considerare che all'inizio della v. non vi erano certamente animali o piante, ma nemmeno i batteri che conosciamo oggi. Su queste molecole autoduplicantisi e sulla loro capacità di formare complessi tra loro e con le proteine, attualmente mancano ancora particolari e dettagli sperimentali che ci permettano di meglio comprendere e descrivere il fenomeno. L'autoduplicazione di queste molecole di RNA richiede la presenza di proteine, e la sintesi delle proteine richiede, tra l'altro, sistemi in grado di fornire energia.

Le considerazioni sui tanti milioni e milioni di anni, sul caso che permetta l'incontro e la sintesi delle molecole necessarie, sulla selezione di sistemi in grado di autoduplicarsi, e pertanto avvantaggiati, sono i presupposti per ritenere che, con il progredire degli studi in questo settore, si possano veramente individuare i meccanismi che hanno portato all'origine della vita. Con una certezza, tuttavia: che sarà veramente difficile riprodurre esattamente le condizioni ambientali primordiali del nostro pianeta che hanno permesso la formazione o la sopravvivenza della prima entità vivente.

Bibl.: J. de Rosnay, Le origini della vita. Dall'atomo alle cellule, Roma 1978; A.G. Cairns-Smith, Genetic takeover and the mineral origins of life, Cambridge 1982; Id., Seven clues to the origin of life, ivi 1990; National Research Council, The search for life's origins, Washington 1990; C.J. Allègre, Storia della Terra. Dal Big bang alla comparsa dell'uomo, Venezia 1994; L.E. Orgel, L'origine della vita sulla Terra, "Le Scienze", 316 (dicembre 1994).